Wasserstoff nachhaltig und wirtschaftlich speichern

Machbarkeitsstudie zur Nutzung von Metallhydridspeichern im Duisburger Hafen gestartet.

Die Speicherung von reinem Wasserstoff stellt nach wie vor eine Herausforderung dar: Möglich ist sie nur unter sehr hohem Druck oder bei extremen Tieftemperaturen. Die Lagerung von chemisch gebundenem Wasserstoff in Form von Metallhydriden könnte eine wirtschaftlich und sicherheitstechnisch attraktive Alternative zur Lagerung als Druckgas oder tiefkalte Flüssigkeit darstellen – so das Ergebnis einer vorläufigen Analyse durch das Fraunhofer UMSICHT, die Duisburger Hafen AG und GKN Hydrogen. Im Projekt HYINPORT untersuchen sie die Machbarkeit dieses Ansatzes und planen im Fall eines positiven Ergebnisses die Integration einer entsprechenden Demonstrationsanlage in einem Anschlussvorhaben.

»Metallhydridspeicher lagern Wasserstoff nicht in hochkomprimierter oder verflüssigter Form ein, sondern binden diesen chemisch in einer Metallgitterstruktur«, erläutert Guido Degen, CEO GKN Hydrogen, den technischen Hintergrund. Erzeugt wird dieser Wasserstoff zuvor durch Elektrolyse, die von grünem Strom gespeist wird. »Direkt von der Elektrolyse aufgebaut wird ein Druckniveau von ca. 40 bar, das zum Einlagern des Wasserstoffs verwendet wird. Dadurch fallen keine weiteren Energieverbräuche für z.B. den Einsatz eines Wasserstoffverdichters an«, so Degen weiter. Die beim Einlagerungsprozess entstehende Wärme kann der angrenzenden Infrastruktur z.B. als Heizwärme zur Verfügung gestellt werden.

Ist der Einlagerungsprozess – also die Bildung von Metallhydriden – abgeschlossen, können diese auch über mehrere Jahre unverändert im Tank bleiben. Bei der Auslagerung erfolgt dann die Umkehrreaktion: Der Tank wird zum Verbraucher geöffnet, das Druckniveau abgesenkt. Um das Metallhydrid auf Temperaturen von ca. 40 bis 60 Grad Celsius zu bringen, eignet sich z.B. Abwärme aus umliegenden Industrieanlagen. Zur Stromerzeugung wird der reine Wasserstoff dann in Brennstoffzellen geleitet.

»Als Insellösungen – zum Beispiel in Naturreservaten oder als Backupsystem – sind solche Metallhydrid-Wasserstoffspeicher bereits implementiert. Wir wollen untersuchen, ob sie als Großspeicher auch kritische Infrastrukturen wie den Duisburger Hafen konstant mit grüner Energie versorgen können«, fasst Ulrich Seifert, Fraunhofer UMSICHT, die Zielsetzung des gemeinsamen Projektes zusammen. Im Fokus stehen dabei technische, ökologische, wirtschaftliche und auch systemische Kriterien. »Besonders wichtig sind uns zwei Punkte«, sagt Anna Grevé, Fraunhofer UMSICHT: »Wir wollen eine Lösung, die zum einen nachhaltig ist sowie eine effiziente und zuverlässige Energieversorgung über mehrere Jahrzehnte gewährleistet. Zum anderen soll die Technologie sicher in das Gesamtsystem des Duisburger Hafens eingebunden werden – mit Blick auch auf Synergiepotenziale mit umliegenden Akteuren.«

Diese Technologiebewertung und Untersuchung verstehen die drei Partner als erste Phase eines größeren Projektes. »Nach Abschluss der konzeptionellen Technologiebewertung könnte die Integration eines Metallhydrid-Wasserstoffspeichers auf unserem Gelände eine weitere spannende Option zur Transformation der Energiedrehscheibe Duisburger Hafen sein«, betont Johannes Eng, Duisburger Hafen AG. »Der Betrieb einer entsprechenden Demonstrations-Anlage sowie das Zusammenspiel mit der umliegenden Infrastruktur werden noch offene Fragen beantworten und lassen Schlüsse auf die Übertragbarkeit der Technologie auf weitere Anwendungsfelder zu – beispielsweise im Hafenumfeld oder in angrenzenden urbanen Räumen.«

FÖRDERHINWEIS

Das Projekt HYINPORT läuft über 12 Monate und wird vom Land Nordrhein-Westfalen gefördert.

PROJEKTPARTNER

Duisburger Hafen AG

Die Duisburger Hafen AG ist die Eigentums- und Managementgesellschaft des Duisburger Hafens, des größten Binnenhafens der Welt. Die duisport-Gruppe bietet für den Hafen- und Logistikstandort Full-Service-Pakete in den Bereichen Infra- und Suprastruktur inkl. Ansiedlungsmanagement. Darüber hinaus erbringen die Tochtergesellschaften logistische Dienstleistungen wie beispielsweise den Aufbau und die Optimierung von Transport- und Logistikketten, Schienengüterverkehrsleistungen, Gebäudemanagement, Kontrakt- und Verpackungslogistik.

GKN Hydrogen

GKN Hydrogen leistet Pionierarbeit bei der sicheren, emissionsfreien Speicherung von grünem Wasserstoff und hilft Anwendern und Organisationen auf der ganzen Welt, ihre Umweltziele und CO2-Neutralität heute und in den kommenden Jahren zu erreichen. Das Unternehmen entwickelt und vermarktet Systeme, Anlagen und Lösungen für die Nutzung von grüner, elektrischer Energie und Wasserstoff. Die Systeme erzeugen aus erneuerbaren Energiequellen grünen Wasserstoff und speichern ihn, über lange Zeiträume, kompakt und verlustfrei in Metallhydrid. Je nach Bedarf kann der grüne Wasserstoff direkt genutzt oder wieder in Strom und Wärme umgewandelt werden. GKN Hydrogen ist Teil von Dowlais, einer auf den Automobilsektor spezialisierten Engineering-Gruppe.

https://www.umsicht.fraunhofer.de/de/presse-medien/pressemitteilungen/2023/wasserstoff-speichern.html